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高保真音频功率放大器
摘要
在各种电子实验中，电源是最基本的需要。
设计出一种高精度的可调输出的电源不但能满足不同电子实验的要求，而且能满足在同一实验中需要使用不同的电压值来测试的要求。
本文设计了一种高精度程控稳压电源。
该电源的功能由硬件和软件两方面来实现。
硬件方面包括变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、反馈电路、保护电路、程控电路、显示电路以及支持单片机运行的复位和时钟电路。
市电220V电压通过变压器流入系统，经过整流、滤波后变成近似的直流电压，再经过稳压部分稳压后获得稳定的直流输出。
稳压部分由达林顿管作为调整管，由运放作为反馈取样之后的放大电路，利用放大电路来提高调整管的反应灵敏度电压稳定性。
软件方面，使用单片机语言编程，控制程控部分，即：
单片机，D/A、A/D部分。
该部分作用是控制稳压电路部分的基准电压的输出与调整，同时实现高精度的输出，并且控制数码管显示输出电压。
整个电路的设计就是在综合考虑各个模块现有的电路的基础上，选择最佳电路来实现设计目标的。
关键词 直流稳定电源，整流，滤波，程控，D/A，A/D
Abstract
Invariouselectronicsexperiments,thepowersupplyisthemostbasicdemand.Designingapowersupplywhichhashighaccuracyandajustableoutputcansatisfynotonlytherequestofdifferentelectronicsexperiments,butalsothedemandinsameexperimenttousedifferentelectricvoltagevaluesfortest.
Thistextintroducedakindofhighaccuracydistancetocontrolsteadypressthedesignofthepowersupply.Thefunctionofthatpowersupplyiscarryoutbythehardwareandthesoftwarebothside.Thehardwareincludestransformer,commutatetheelectriccircuit,thefilterelectriccircuit,steadypresselectriccircuit,feedbackelectriccircuit,theprotectionelectriccircuit,distancetocontrolelectriccircuit,themanifestationelectriccircuitandsupportasingleslicelucktogoofresetwiththeclockelectriccircuit.Thecitygivesorgetanelectricshockthe220Velectricvoltagetopassthetransformeraffluxsystem,passingbytocommutate,thefilterbecomessimilardirectcurrentelectricvoltagebehind,againhasbeenpressedpartsteadilysteadypressbehindacquirestabledirectcurrentexportation.SteadypresspartfromreachDynatronastoadjustatube,isputbytheluckafterbeingthefeedbacksamplingofenlargeelectriccircuit,makeuseoftoenlargeelectriccircuittoraiseanintelligentdegreeofthereactionoftheadjustmenttubeanelectricvoltagestability.Thesoftwareaspect,useasingleslicethemachinelanguageplaitdistance,controladistancetocontrolpart,namely:
Singleslicemachine,D/A,A/Dpart.It'spartoffunctionsturntoistheexportationofthebasiselectricvoltagethatthecontrolsissteadytopresstheelectriccircuitpartsandadjust,carryouttheexportationofthehighaccuracyinthemeantime,andthecontrolfigurestubemanifestationoutputelectricvoltage.
Thedesignofthewholeelectriccircuitisthefoundationthatissynthesizingtoconsidereachexistingelectriccircuitup,choosethebestelectriccircuittocarryoutthedesigntarget
Keywords:
DCstablepowersupply;commutate;filter;programmablecontrol;D/A;A/D
绪论
稳压电源就是其输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关,也称为稳定电源、稳压器等。
随着电子技术发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对稳压电源的要求更加灵活多样。
电子设备的小型化和低成本化，使稳压电源朝轻、薄、小和高效率的方向发展。
设计上，稳压电源也从传统的晶体管
串联调整稳压电源向高效率、体积小、重量轻的开关型稳压电源迅速发展。
日常工作中，电子工程师通常根据稳压电源中稳压器的稳定对象，把稳压器分为直流稳压器和交流稳压器两种，并且直流稳压器输出电压是直流，交流稳压器输出电压是交流，两者一般都用市电供电。
因此，就可以把稳压电源按稳压器的类型可分为直流稳压电源和交流稳压电源两大类。
目录
1直流稳压电源的简介1
1.1直流稳压电源的构成1
1.2直流稳压电源的分类1
1.3直流稳压电源的技术指标1
2直流稳压电源的设计3
2.1直流稳压电源设计思路3
2.2直流稳压电源原理3
2.3总体电路图4
2.4单元电路设计与原理说明4
2.4.1电源变压器4
2.4.2整流电路4
2.4.3滤波电路5
2.4.4稳压电路6
2.5元器件的选择及参数的计算6
3电路误差分析及改进8
致谢10
参考文献11
1直流稳压电源的简介
1.1直流稳压电源的构成
直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等几部分构成。
电源变压器把50Hz的交流电网电压变成所需要的交流电压；整流电路用来将交流电变换为单向脉动直流电；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电流中的交流成分（即波纹电压），是指成为平滑的直流电；稳压电路的作用是当输入交流电网电压波动、负载及温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
1.2直流稳压电源的分类
（1）按稳定方式分：
参数型稳压器和反馈调整型稳压器
（2）按调整元件和负载连接方式分，有并联式稳压器和串联式稳压器
（3）按作用器件分，有电子管稳压器、稳压管稳压器、晶体管稳压器、可控硅稳压器等。
（4）按调整器件的工作状态分，有线性稳压器和开关稳压器。
调整器件工作线性放大状态的为线性稳压器，调整器件工作在开关状态的称为串联式稳压器。
（5）按电路的主要部分是集成电路还是分立元件分，有集成线性稳压器、集成开关稳压器和分立元器件组成的稳压
1.3直流稳压电源的技术指标
（1）电压调整率
负载电流Ｉ0及温度T不变而输入电压U1变化时，输出电压U0的相对变化量△U0/U0与输入电压变化量△U1之比值，称为电压调整率，即
一般直流稳压电源的电压调整率SU为1%、0.1%、0.01%不等，其值越小，稳压性能越好。
电压调整率也可定义为：
在负载电流和温度不变时，输入电压变化
时，输出电压的变化量△U0，单位为毫伏。
（2）稳压系数
稳压系数定义为负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比，即，
式中，U1为稳压电路输入直流电压，即整流电路的输出电压。
一般情况下S
在10-2~10-4数量级。
显然，S
越小稳压电路输出电压的稳定性越好。
（3）负载调整率（亦称电流调整率）
在交流电源额定电压条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量用百分数表示
（4）输出电阻（内阻）
当输入电压固定时，输出电压变化量与负载电流变化量之比，称为输出电阻R0，亦称内阻，即
其单位为欧。
R0的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳压的能力。
R0越小负载能力越强，一般R0<1
。
（5）最大纹波电压与纹波抑制比
叠加在输出电压上的交流分量的峰—峰值称为最大纹波电压△U
，一般为毫伏级。
在电容滤波电路中，负载电流越大，纹波电压也越大。
因此，纹波电压应在额定输出器。
电流情况下测出。
纹波抑制比SR定义为稳压电源输入纹波电压峰—峰值△U
与输出纹波电压峰—峰值△U
之比，并取对数，即
2直流稳压电源的设计
2.1直流稳压电源设计思路
①电网供电电压交流220V（有效值）50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
②降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
③脉动大的直流电压须经过滤波、稳压电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成分滤掉，保留其直流成分。
④滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。
2.2直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成，图2.1
图2.1直流稳压电源方框图
其中：
①电源变压器：
是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压确定。
②整流电路：
利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。
③常用的整流电路有：
1、半波整流电路
半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压V只有半个周期可以到达负载，造成负载电压V是单方向的脉动直流电压。
2、全波整流整流电路
利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。
从图中可见，正负半周都有电流流过负载，提高了整流效率。
全波整流的特点：
输出电压V高；脉动小；正负半周都有电流供给负载，因而变压器得到充分利用，效率较高。
④稳压电路：
稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
2.3总体电路图
图2.3直流稳压电源电路图
2.4单元电路设计与原理说明
2.4.1电源变压器
电源变压器是将交流电网220V的电压变成所需要的电压值，并送给整流电路,变压器的变比由变压器的副边电压确定。
2.4.2整流电路
整流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2.4.2（a）所示。
在U2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；U2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。
正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。
电路的输出波形如图2.4.2（b）所示
在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半。
电路中的每只二极管承受的最大反向电压约为反向击穿电压的一半或三分之二（U2是变压器副边电压有效值）。
2.4.3滤波电路
滤波电路选用一个2200μF的大容量电解电容C1和一个0.1μF的小电容量涤纶CL11型电容C2并联滤波，理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2不起作用。
但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。
在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感性，几乎不存在电感。
在大电容C1上并联一个小电容C2可以补偿其在高频下的不足。
当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。
大电容的容量越大滤波效果越好。
当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。
这时高频干扰成分通过小电容流到底线，滤除各种高频干扰成分。
电路的输出波形如2.4.3图所示
图2.4.3滤波电容电路的分析示意图
2.4.4稳压电路
1、稳压电路选用三端集成直流稳压器，其电路连接方式一般如图2.4.4所示。
图2.4.4三端集成直流稳压器
性能上，常用的集成稳压器由三端固定式、三端可调式和开关式。
以三端固定式为例，其正输出为7800（后两位代表输出的额定稳压值，00是统称）系列，负输出为7900系列，常见的有05、06、08、09、12、15、18、24八种。
一般要求最小的输入、输出电压差（U1—U0）为2V~3V；输出稳压的容差约为5%；最大输出电流10max有0.1A（LM7812），0.3A（如78M12）和1.5A（如7812）等多种，部分器件的最大输出电流可达2.2A；其最大电压UImax一般是7818档以下为35V，7824档为40V；电压调整率SU一般为0.01%/V；输出电阻R０小于0.1Ω；纹波抑制比SR一般为50dB；温度系数ST一般为每度ImV~2.4mV
2、稳压电路的设计
本设计是把几个供电模块集成到一个供电电源上，能够同时提供固定输出+5V（最大输出电流0.3A）和固定输出
12V（最大输出电流0.1A）的直流电数出。
（1）输出+5V：
核心器件选用LM7805三端集成稳压器，其输出电压为+5V，额定电流0.1A。
当变压器变压后输出6.3V交流电，经整流桥，整流后输出约6V电压，滤波后有LM7805三端集成稳压电源处理，输出+5V电压，电流最大输出为0.3A。
（2）输出
12V：
核心器件选用稳压器LM7812和LM7912，组合应用这两个稳压器件与一个硅整流桥相接，组合用LM7812和LM7912时，公共输出接地端用的是变压器输出端口的
12V并分别接入LM7812的接地引脚（GND）和LM7912的电压输入引脚（Vin）；硅整流桥的正、负输出端口则分别接入LM7812的电压输入端（Vin）和LM7912的接地端；滤波电容用了两个100μF首尾相接，连接处接公共输出接地端。
2.5元器件的选择及参数的计算
1.变压器的选择
（1）确定副边电压U2：
根据性能指标要求：
U0max=3VU0max=12V
又
Ui—U0max
（Ui—U0）minUi—U0in
（Ui—U0）max
其中：
（Ui—U0）min=3V，（Ui—U0）max=40V
∴16V
Ui
43V
此范围中可任选：
Ui=14V=U01
根据U01=（1.1~1.2）U2
可得变压的副边电压：
（2）确定变压器副边电流I2
∵I01=I0
又副边电流I2=（1.5~2）I01取I2=I0max=200mA
则I2=1.5*0.2A=0.3A
（3）选择变压器的功率
变压器的输出功率：
P0>I2*U2=4.8W
2.选择整流电路中的二极管
∵变压器的副边电压U2=16V
∴桥式整流电路中的二极管承受的最高反向电压为：
16
桥式整流电路中二极管承受的最高平均电流为：
0.3
查手册选整流二极管IN4001，其参数为：
反向击穿电压UBR=50V>16V,最大整流电流IF=IA>0.3A
3.滤波电路中滤波电容的选择
滤波电容的大小可用式C=△Ui/（△t*I）求得。
（1）求△Ui：
根据稳压电路的稳压系数的定义：
设计要求△U0
5mV，Sr
0.005，U0=-12V~+12V，Ui=16V
代入上式，则可求得△Ui=△U0/（U0*Sr）；
（2）滤波电容C，△t=0.01S
设定I0=I0max=1.2A
则可求得C。
3电路误差分析及改进
1、综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有：
①测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；
②电流表内阻串入回路造成的误差；
③测得纹波电压时示波器造成的误差；
④示波器，万用表本身的准确度而造成的系统误差；
2、可以通过以下的方法去改进此电路；
①减小接触点的微小电阻；
②根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正；
③测得纹波时示波器采用手动同步；
④采用更高精确度的仪器去检测；
⑤根据设计可添加可调电压：
Uo=+3V～+9V所要求的性能指标，选择集成三端稳压器。
因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。
可调式集成稳压器，常见主要有CW317、CW337、LM317、LM337。
317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V~37V，最大输出电流I0max为1.5A。
稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。
其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压
图3.1管脚图3.2电路
构成的可调电压稳压电源。
LM317系列和lM337系列的引脚功能相同，管脚图和典型电路如图3.1和图3.2。
图3.33~9V输出直流稳压电路示意图
输出电压表达式为:
式中，1.25是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压
，此电压加于给电阻
两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器
，电阻
常取值
，
一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。
图中加入了二极管D，用于防止输出端短路时10µF大电容放电倒灌入三端稳压器而被损坏。
LM317其特性参数：
输出电压可调范围：
1.2V～37V
输出负载电流：
1.5A
输入与输出工作压差ΔU=Ui-Uo：
3～40V
能满足设计要求,故选用LM317组成稳压电路。
致谢
在我的毕业论文将要完成的时候，想要说的感谢很多。
这篇并不太长的论文，不仅使我想到近半年来的艰辛工作，三年来的寒窗苦读，更是我人生最重要的一段时间的一个句号。
在这里要感谢郭亚群老师。
课题在选题及研究过程中得到郭老师的悉心指导。
郭老师多次为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。
郭老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，使我终生受益无穷。
对郭老师的感激之情是无法用言语表达的。
最后，我要感谢我的母校,感谢她这三年来的培育!
参考文献
[1]《电子技术基础实验》：
陈大钦．（M）北京华中理工大学电子学教研室．2007
[2]《模拟电子技术基础》：
王淑娟、蔡惟铮、齐明．（M）高等教育出版社出版．2009年5月第一版2009.
[3]《电力电子技术》：
石新春、杨京燕、王毅编、第四版．中国电力出版社出版．2009年6月
[4]《电路原理图与电路板设计教程》：
夏路易、石宗义．（M）北京，北京希望电子出版社，2002
[5]LM317资料（Z）
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